SERCON816：高性能SERCOS接口控制器的深度解析

在工業(yè)控制領(lǐng)域，實(shí)時通信的高效性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。SERCON816作為一款專為SERCOS接口設(shè)計(jì)的單芯片控制器，為工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)時通信提供了強(qiáng)大的支持。今天，我們就來深入了解一下這款控制器。

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一、SERCON816概述

SERCON816是一款用于SERCOS接口通信系統(tǒng)的集成電路。SERCOS接口是一種數(shù)字接口，適用于需要在短而固定的間隔（62.5μs至65ms）內(nèi)循環(huán)交換信息的系統(tǒng)之間的通信，常用于分布式控制或測試設(shè)備的同步操作，如驅(qū)動器與數(shù)控系統(tǒng)之間的連接。

SERCON816可用于SERCOS接口的主站和從站，它集成了SERCOS接口的所有硬件相關(guān)功能，顯著降低了硬件成本和微處理器的計(jì)算時間要求，是電光接收器、發(fā)射器與執(zhí)行控制算法的微處理器之間的直接連接橋梁。

（一）主要功能

1. 微處理器接口：提供8位或16位的數(shù)據(jù)總線寬度，控制線路符合Intel或Motorola標(biāo)準(zhǔn)。
2. 串行接口：可直接與光纖環(huán)的光接收器和發(fā)射器連接，或與電氣環(huán)或總線的驅(qū)動器連接。集成了數(shù)據(jù)和時鐘再生、環(huán)形拓?fù)涞闹欣^器以及串行發(fā)射器和接收器，信號監(jiān)測和測試信號生成功能也一應(yīng)俱全，無需外部電路即可實(shí)現(xiàn)高達(dá)16Mbaud的串行接口操作。
3. 雙端口RAM：擁有2048 * 16位的雙端口RAM，用于存儲控制和通信數(shù)據(jù)，內(nèi)存組織靈活。
4. 電報處理：自動傳輸和監(jiān)控同步和數(shù)據(jù)電報，僅處理特定接口用戶的傳輸數(shù)據(jù)。傳輸數(shù)據(jù)可存儲在內(nèi)部RAM（單或雙緩沖）中，也可通過直接內(nèi)存訪問（DMA）進(jìn)行傳輸，還能自動執(zhí)行多個通信周期內(nèi)服務(wù)通道信息的傳輸。

此外，SERCON816不僅適用于SERCOS接口，還可用于其他實(shí)時通信任務(wù)，支持RS - 485信號的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

二、引腳描述

SERCON816采用PQFP100封裝，其引腳功能豐富多樣，涵蓋了數(shù)據(jù)總線、控制信號、時鐘信號、復(fù)位信號等多個方面。下面為大家列舉一些重要引腳的功能：

（一）數(shù)據(jù)總線相關(guān)引腳

• D15 - 0：數(shù)據(jù)總線，8位總線接口時通過D7 - 0讀寫數(shù)據(jù)，16位總線接口時通過D15 - 0讀寫數(shù)據(jù)。當(dāng)ADMUX為1時，通過D15 - 0輸入存儲在地址鎖存器中的地址。

  （二）控制信號引腳

• RDN：讀信號，Intel總線接口中，RDN為0時讀取數(shù)據(jù)；Motorola總線接口中，根據(jù)BUSMODE1的值不同，RDN有不同的讀寫控制功能。
• WRN：寫信號，Intel總線接口中，WRN為0時寫入數(shù)據(jù)；Motorola總線接口中，WRN用于選擇數(shù)據(jù)總線的讀寫操作。

  （三）時鐘信號引腳

• MCLK：用于電報處理和定時控制的主時鐘，頻率范圍為12至64MHz。
• SCLK：用于時鐘再生的串行時鐘，最大頻率為64MHz。

三、電氣特性

（一）絕對最大額定值

• 電源電壓VDD：-0.5至6.5V
• 輸入電壓VI：-0.5至VDD + 0.5V
• 輸出電壓VO：-0.5至VDD + 0.5V
• 存儲溫度TSTG：-55至+150°C

（二）推薦工作條件

• 工作溫度TA：-40至85°C
• 芯片結(jié)溫TJ：-40至125°C
• 工作電源電壓VDD：4.75至5.25V
• 時鐘頻率fSCLK：32至64MHz
• 時鐘頻率fMCLK：12至64MHz

（三）功耗

在16Mbaud、MCLK = 64MHz的條件下，典型功耗約為850mW，最大允許功耗為1000mW。為降低功耗，可采取連接未使用引腳到上拉或下拉電阻、最小化引腳電容負(fù)載、降低SCLK和MCLK的時鐘頻率、減少對內(nèi)部RAM和控制寄存器的訪問等措施。

（四）交流電氣特性

不同時鐘輸入（如MCLK和SCLK）有各自的時序要求，例如MCLK的低電平時間tMCLK0和高電平時間tMCLK1最小為6ns，從MCLK上升沿到DMAREQR/T、CON_CLK、DIV_CLK的輸出延遲tMCLD最大為20ns。

四、控制寄存器和RAM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

（一）控制寄存器地址

控制寄存器的地址由A6 - 1輸入，為字地址，計(jì)算字節(jié)地址時需將其值乘以2。除了啟動動作的控制位（W）外，所有控制寄存器均可讀寫（R/W），狀態(tài)寄存器只能讀（R）。

（二）RAM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

RAM的前11個單詞有固定含義，其余部分可根據(jù)需要劃分為不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括電報頭、數(shù)據(jù)容器、結(jié)束標(biāo)記和服務(wù)容器等。

• 電報頭：包含電報地址、數(shù)據(jù)存儲方式、有效性標(biāo)志等控制信息。
• 數(shù)據(jù)容器：由一或兩個16位控制字和可變數(shù)量的數(shù)據(jù)字組成，根據(jù)DMA和DBUF的設(shè)置不同，其結(jié)構(gòu)有所差異。
• 結(jié)束標(biāo)記：由兩個16位字組成，用于標(biāo)記最后一個電報的結(jié)束時間。
• 服務(wù)容器：包含5個控制字和一個緩沖區(qū)，主模式和從模式下控制字的編碼方式不同。

五、其他信息

（一）附加規(guī)格

有160頁的SERCON816參考手冊，詳細(xì)介紹了控制器的引腳、微處理器接口、串行接口、電報處理、主從模式等內(nèi)容。SERCOS接口規(guī)范（IEC/EN 61491）則對傳輸介質(zhì)、物理層、數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)議結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了詳細(xì)描述。

（二）硬件和軟件組件

全球多個供應(yīng)商提供SERCON816控制器的主從例程（驅(qū)動軟件），還有適用于多種計(jì)算機(jī)接口的不同電路板，如ISA、VME、PCI和PC/104總線系統(tǒng)。

（三）工具

有多種用于SERCOS接口的開發(fā)和測試工具，包括總線監(jiān)視器、配置和仿真工具以及一致性測試工具等。

綜上所述，SERCON816以其豐富的功能、良好的電氣特性和靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為工業(yè)控制領(lǐng)域的實(shí)時通信提供了一個可靠而強(qiáng)大的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時，可根據(jù)具體需求充分發(fā)揮其優(yōu)勢。大家在使用SERCON816的過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。